KR102087297B1

KR102087297B1 - 구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법

Info

Publication number: KR102087297B1
Application number: KR1020180111697A
Authority: KR
Inventors: 이형호
Original assignee: 이형호
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-03-12

Abstract

본 발명은 구조물 하부의 연약 지반에 그라우트를 주입하여 보강하되, 상기 구조물 옆의 지상으로부터 구조물 하부의 지반으로 천공 후 그라우팅을 통해 구조물 하부의 연약 지반을 보강하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 지반을 천공한 후 그라우트를 공급하는 헤드; 상기 헤드의 후단에 연결되는 로드케이블; 상기 로드케이블을 강압하여 송급 또는 회수하는 압송머신; 상기 로드케이블을 통해 그라우트를 주입하는 그라우트탱크; 상기 로드케이블을 통해 전원을 공급하는 파워서플라이; 및 상기 헤드의 위치를 감시 및 제어하는 단말기를 이용하여 구조물의 운용 중단이나 구조물 옆에 공동을 형성할 필요없이 구조물 하부의 연약지반을 보강할 수 있는 구조물 하부의 연약 지반을 보강하는 장치 및 방법을 제공한다.

Description

구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법{Reinforcing equipment and method for the poor ground under construction}

본 발명은 구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법에 관한 것으로, 특히 구조물 하부의 연약 지반에 그라우트를 주입하여 보강하되, 상기 구조물 옆의 지상으로부터 구조물 하부의 지반으로 천공 후 그라우팅을 통해 구조물 하부의 연약 지반을 보강하는 보강장치 및 보강방법에 관한 것이다.

각종 건물이나 시설물 등 구조물의 지반이 연약한 경우 지반 침하 현상으로 인해 비틀림이나 균열이 발생하고 결국 붕괴 등의 위험 상태에 놓이기 때문에 연약 지반에 대한 보강공사는 매우 중요하다.

연약 지반에 대한 일반적인 보강공사로는 그라우팅 공법을 들 수 있는데, 이는 연약 지반까지 천공 후 그라우트를 주입함으로써 상기 그라우트가 굳으면서 지반을 보강하도록 하는 공법이다.

종래 그라우팅을 이용한 보강공법의 예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 대한민국 특허 제0671934호(2007.01.19. 공고)에는 '지반보강 및 차수를 위한 통합 그라우팅 공법'이 발명되어 있으며 그 주요 구성은 '지반보강 및 차수를 위해 급결액, 중결액, 완결액, 시멘트밀크 및 무기질계밀크의 제조가 가능한 교반장치를 이용하는 그라우팅공법에서, (a) 계획심도까지 지반을 천공하고, 상기 교반장치로 급결액 및 중결액으로 이루어지는 1차주입재를 교반하고 완결액과 무기질계밀크, 완결액과 시멘트밀크 또는 시멘트밀크 중 어느 한 가지 종류로 선택되는 2차주입재를 교반하여 지반주입재를 형성하는 단계; 및 (b) 상기 교반장치와 연결된 주입장비 및 주입관을 천공 구멍에 삽입하고, 상기 주입관을 통해 1차주입재 및 2차주입재를 겔타임에 따라 저압주입하며 상기 주입관을 상승 인발시키는 단계;'로 이루어져 있다.

이 발명은 연약지반의 상부에서 하부로 직접 천공한 후 그라우트를 주입하는 것으로 이 경우 연약지반 위에 세워진 구조물의 바닥을 통해 천공이 이루어져야 하기 때문에 공사 중에는 구조물의 사용이 전체적으로 또는 부분적으로 불가한 문제점이 있다. 또한, 이 발명은 안정적인 보강을 위해서 비교적 촘촘한 간격으로 천공한 후 그라우트를 주입해야 하는데, 구조물의 하부에는 통상 수도관이나 하수관 등 지하 시설물이 다수 설치되어 있기 때문에 시공시 이를 회피해서 작업함에 따른 불편함이나 시공 후 안정성의 저하 등이 문제되고 있다.

다음, 대한민국 특허 제0888585호(2009.03.13. 공고)에는 '다단 가압식 그라우팅장치 및 이를 이용한 다단 가압식그라우팅공법'이 발명되어 있으며 그 주요 구성은 '굴착 터널, 절토 또는 성토지 사면 및 지반 보강을 위한 보강공법에서의 그라우팅 과정에 사용되는 장치로서, 한 쪽 끝은 폐쇄되고 다른 쪽 끝은 개방된 중공형태의 관으로, 그라우팅 호스가 관통하는 호스 관통공을 상기 폐쇄된 폐쇄단측 선단면에 가진 내부 케이싱; 상기 내부 케이싱의 호스 관통공을 통해 내부 케이싱을 거쳐 천공홀의 폐쇄단까지 연장되는 그라우팅 호스; 상기 내부 케이싱의 개방단측 선단 외면에 서로 이격 배치된 한 쌍의 고정구 사이의 내부 케이싱 상에 설치되고, 축방향 외압에 대해 상기 천공홀 내벽과 밀착될 수 있을 정도의 반경방향 팽창변위를 가지는 패킹부재; 및 내부 케이싱이 관통가능한 관경을 가지며, 한 쪽 끝이 상기 패킹부재 한 쪽 끝과 접하도록 상기 패킹부재 전방의 내부 케이싱 상에 설치되어, 외부로부터의 축방향 외압을 상기 패킹부재에 전달하는 외부 케이싱;'으로 이루어져 있다.

이 발명은 연약지반의 일측방향에서 타측방향으로 직접 천공한 후 그라우트를 주입하는 것으로 이를 단순히 구조물 하부의 연약지반에 적용할 경우 구조물 옆에 보강작업을 위한 공동 작업이 선행되어야 하는 문제점이 있다.

이와 같은 종래 그라우트를 이용한 연약지반의 보강장치나 보강공법을 이미 구조물이 세워진 연약지반에 그대로 적용할 경우 구조물의 운용이 중단되거나 구조물 옆에 공동을 형성해야 하는 등 불편한 문제점이 발생한다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그라우트를 이용하여 구조물 하부의 연약지반을 보강하되, 구조물의 운용 중단이나 구조물 옆에 공동을 형성할 필요없이 구조물 옆의 지상에서 구조물 하부의 연약지반에 직접 수평 착공 후 그라우트를 주입하여 보강할 수 있도록 한 구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치는 지반을 천공하기 위한 비트부와 기울기 자세 및 진행방향을 감지하는 감지부와 상기 비트의 설치 각도를 조절하기 위한 조절부와 상기 그라우트가 공급되는 공급부가 형성된 헤드; 상기 헤드의 후단에 연결하여 천공시 상기 헤드를 밀어주면서 헤드의 자세 변경시 일정곡률 범위 내에서 휘어지도록 하는 한편, 내부에는 상기 헤드에 전원을 공급하기 위한 전력선과 정보의 송수신을 위한 통신선과 상기 그라우트를 주입하기 위한 제1공급관이 형성된 로드케이블; 상기 로드케이블을 통과시키면서 강압하여 송급 또는 회수하도록 형성된 압송머신; 상기 로드케이블의 말단에 노출된 제1공급관과 연결되어 상기 그라우트를 교반하면서 주입하도록 형성된 그라우트탱크; 상기 로드케이블의 말단에 노출된 전력선과의 연결을 통해 전원을 공급하도록 형성된 파워서플라이; 및 상기 로드케이블의 말단에 노출된 통신선과의 연결을 통해 헤드의 위치를 감시 및 조절부를 제어하도록 형성된 단말기로 구성된다.

상기 헤드의 비트로부터 전방으로 공기 또는 물을 강압 분사하기 위한 노즐부; 상기 로드케이블을 통해 상기 공기 또는 물을 공급하기 위한 제2공급관; 및 상기 로드케이블의 말단을 통해 공기 또는 물을 압송하기 위한 압축기로 구성된다.

상기 비트는 상기 헤드의 단면적 이하의 직경으로 착공하는 선단비트와 상기 헤드의 단면적 이상의 직경으로 착공하는 확관비트로 구성된다.

본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강방법은 구조물 옆에서 하부의 연약지반까지 사선 경로, 곡선 경로 및 수평 경로를 설정하고 단말기에 입력하는 단계; 상기 구조물 옆의 지상에 압송머신을 고정 설치한 상태에서 상기 헤드와 로드케이블을 강압하여 전진시키면서 설정된 사선 경로를 따라 착공하는 단계; 상기 헤드의 감지부에 의한 자세 감지와 함께 조절부를 이용하여 헤드의 각도를 조절하면서 설정된 일정 반경의 곡선 경로를 따라 착공하는 단계; 상기 헤드의 감지부에 의한 자세 감지와 함께 조절부를 이용하여 헤드의 각도를 조절하면서 설정된 수평 경로를 따라 착공하는 단계; 및 상기 수평 경로의 착공이 완료된 후 상기 그라우트탱크를 작동시킴으로써 상기 헤드의 공급부를 통해 연약지반에 그라우트를 주입하되, 상기 압송머신을 작동시켜 헤드를 수평 경로 상에서 일정간격씩 후퇴시키면서 그라우트 주입을 반복하는 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강방법은 구조물 옆에서 하부의 연약지반까지 사선 경로, 곡선 경로 및 수평 경로를 설정하고 단말기에 입력하는 단계; 상기 구조물 옆의 지상에 천공기를 설치하고 상기 지상으로부터 구조물 하부의 연약지반을 향해 설정된 사선 경로를 따라 선행 착공하는 단계; 상기 선행 착공 완료한 후 사선 경로의 착공을 통해 상기 헤드와 로드케이블을 인입하는 단계; 상기 구조물 옆의 지상에 압송머신을 고정 설치한 상태에서 상기 헤드와 로드케이블을 강압하여 전진시키는 한편, 상기 헤드의 감지부에 의한 자세 감지와 함께 조절부를 이용하여 헤드의 각도를 조절하면서 일정 반경의 곡선 경로를 따라 착공하는 단계; 상기 헤드의 감지부에 의한 자세 감지와 함께 조절부를 이용하여 헤드의 각도를 조절하면서 설정된 수평 경로를 따라 착공하는 단계; 및 상기 수평 경로의 착공이 완료된 후 상기 그라우트탱크를 작동시킴으로써 상기 헤드의 공급부를 통해 연약지반에 그라우트를 주입하되, 상기 압송머신을 작동시켜 헤드를 수평 경로 상에서 일정간격씩 후퇴시키면서 그라우트 주입을 반복하는 단계로 이루어진다.

상기 천공기를 이용한 착공 완료 후 또는 착공과 동시에 상기 착공 내부에 상기 헤드와 로드케이블을 인입하기 위한 강관을 근입하는 단계로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 구조물의 운용 중단이나 구조물 옆에 공동을 형성할 필요없이 그라우트를 이용하여 구조물 하부의 연약지반을 보강함으로써 작업의 용이성과 편리성 및 경제성이 더욱 향상되는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 작업의 신뢰성이 향상되는 것은 물론이고 구조물 하부의 지하 시설물에 대한 안전성이 보장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법을 도시한 구성 설명도,
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치를 도시한 요부 구성 설명도,
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강방법을 도시한 단계별 설명도,
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강방법의 다른 실시 예를 도시한 설명도.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치 및 보강방법을 도시한 구성 설명도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치를 도시한 요부 구성 설명도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조물 하부 연약지반 보강장치는 지반을 천공한 후 그라우트(20)를 공급하는 헤드(100), 상기 헤드(100)의 후단에 연결되는 로드케이블(200), 상기 로드케이블(200)을 강압하여 송급 또는 회수하는 압송머신(300), 상기 로드케이블(200)을 통해 그라우트(20)를 주입하는 그라우트탱크(400), 상기 로드케이블(200)을 통해 전원을 공급하는 파워서플라이(500) 및 상기 헤드(100)의 위치를 감시하면서 헤드(100)를 제어하는 단말기(600)로 구성된다.

상기 헤드(100)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 지반을 천공하기 위한 비트부(110)와, 상기 기울기 자세 및 진행방향을 감지하는 감지부(120)와, 상기 비트의 설치 각도를 조절하기 위한 조절부(130)와, 상기 그라우트(20)가 공급되는 공급부(140)가 형성된다.

상기 헤드(100)는 상기 비트부(110)가 조절부(130)에 의해 전단에 설치된 상태의 원통 형태로 형성된다.

상기 비트부(110)는 헤드(100)의 전단부에 설치된 것으로, 진동에 의한 타격이나 회전에 의한 분쇄 또는 타격과 회전을 결합하는 방식으로 착공이 이루어지는 것이다.

이를 위해 상기 비트부(110)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전원을 공급받아 작동하는 회전장치(111) 또는 바이브레이터를 포함한다.

한편, 상기 비트부(110)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 헤드(100)의 단면적 이하의 직경으로 착공하는 선단비트(110a)와 상기 헤드(100)의 단면적 이상의 직경으로 착공하는 확관비트(110b)로 구성된다.

이 경우 상기 선단비트(110a)에 의해 착공이 원활하게 이루어질 뿐만 아니라, 상기 확관비트(110b)에 의해 착공의 단면적이 헤드(100)와 로드케이블(200)의 단면적보다 커지므로 작업 완료단계에서 헤드(100)와 로드케이블(200)의 후퇴가 편리하게 이루어질 수 있다.

상기 비트부(110)는 주로 흙이나 모래 등으로 이루어진 연약지반을 착공하기 위한 것이므로, 기존에 단단한 지반이나 암석 등을 착공하기 위한 비트와 대비하여 작게 소형 제작이 가능하다.

상기 감지부(120)는 기울기 자세와 진행방향을 감지하는 것으로, 통상의 자이로스코프 기술을 접목하여 헤드(100)의 기울기와 좌우 진행방향을 감지하고 통신선(220)을 통해 단말기(600)로 정보를 전달한다.

이때, 상기 감지부(120)는 통신선(220)을 통한 정보를 전달함으로써 근거리 통신을 이용한 정보 전달에 비하여 현저하게 정확성이 향상된다.

즉, 지하에서 근거리 통신을 이용하여 정보를 전달하는 경우 구조물(10) 하부의 지하 시설물(10a)이나 지하 자장에 의해 많은 방해를 받기 때문에 정확한 정보전달이 어려우나 통신선(220)을 이용한 정보 전달은 정확한 정보를 전달하는 장점이 있다.

상기 조절부(130)는 비트부(110)의 설치 각도를 조절하기 위한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 비트부(110)가 헤드(100)로부터 상하 또는 좌우로 조절되도록 한다.

따라서 이와 같은 조절부(130)의 작동을 통해 비트부(110)의 각도를 조절함으로써 설정된 착공 경로를 따라 상하 또는 좌우로 경로를 보정하면서 정확한 착공이 이루어질 수 있는 것이다.

이때, 상기 조절부(130)는 도면에 도시된 바와 같이, 비트의 후단에 연결되는 적어도 3개의 유압 또는 공압 실린더(131)로 이루어진다.

물론, 상기 조절부(130)는 내부에 조절밸브 및 펌프가 설치되어, 각 유압 또는 공압 실린더(131)의 작동을 제어하는데, 이와 같은 제어는 단말기(600)에 의해 자동으로 이루어진다.

상기 공급부(140)는 그라우트(20)를 공급하기 위한 수단으로, 헤드(100)의 외주연을 통해 상하좌우 사방으로 분출하도록 형성된다.

이때, 상기 공급부(140)는 도 3, 도 5, 도 8에 도시된 바와 같이, 비트(110)의 선단부(110a) 외주연을 통해 상하좌우 사방으로 분출하도록 형성하는 것이 바람직한데, 이는 상기 비트부(110)의 확관부(110b)가 착공 단면을 차단하는 상태로 그 전방에서 공급되기 때문에 높은 압력으로 그라우트(20)를 공급할 수 있어서, 그라우트(20)가 연약지반의 균열된 틈으로 용이하게 침투하는 등 보강 기능이 더욱 향상될 수 있다.

상기 로드케이블(200)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드(100)의 후단에 연결하여 천공시 상기 헤드(100)를 밀어주면서 헤드(100)의 자세 변경시 일정 곡률 범위 내에서 휘어지도록 하는 한편, 내부에는 상기 헤드(100)에 전원을 공급하기 위한 전력선(210)과 정보의 송수신을 위한 통신선(220)과 상기 그라우트(20)를 주입하기 위한 제1공급관(230)이 형성된다.

즉, 상기 로드케이블(200)은 외주연이 강선으로 이루어짐으로써 헤드(100)를 밀어 비트부(110)가 지반에 충분한 압력으로 밀착되도록 강성을 유지하는 한편, 일정한 곡률 범위 내에서는 휘어짐으로써 곡선 경로를 따라 인입이 가능하게 되는 것이다.

이와 같은 상기 로드케이블(200)의 중심에는 그라우트(20)를 공급할 수 있도록 단면적이 큰 제1공급관(230)이 설치되고, 그 주변으로 비트부(110)와 조절부(130)의 작동을 위한 전력선(210)이 설치되는 한편, 상기 감지부(120)와 정보를 송수신하면서 상기 조절부(130)의 작동을 제어하기 위한 통신선(220)이 설치되는 것이다.

상기 로드케이블(200)은 작업 목적에 따라 예를 들어 100~400m의 길이로 형성되는데, 필요한 경우 상기 로드케이블(200)을 감거나 풀기 위한 권취롤을 포함하여 구성할 수 있다.

상기 압송머신(300)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로드케이블(200)을 통과시키면서 압송 또는 회수하도록 형성된다.

즉, 상기 압송머신(300)은 구조물(10) 옆의 지상에 설치된 상태에서 구조물(10) 하부의 연약 지반을 향해 사선 방향으로 헤드(100)와 로드케이블(200)을 압송하도록 설치된다.

이때, 상기 압송머신(300)은 헤드(100)와 로드케이블(200)을 압송하는 각도를 조절할 수 있도록 형성되어야 한다.

상기 압송머신(300)이 로드케이블(200)을 압송하는 수단으로는 로드케이블(200)이 통과하는 실린더의 양측에 가압 롤러를 형성함으로써, 상기 가압 롤러의 구동 방향에 따라 로드케이블(200)을 압송 또는 회수하게 된다.

상기 그라우트탱크(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 로드케이블(200)의 말단에 노출된 제1공급관(230)과 연결되어 상기 그라우트(20)를 교반하면서 주입하도록 형성된다.

이때, 상기 그라우트탱크(400)는 교반되는 그라우트(20)를 로드케이블(200)의 제1공급관(230)을 통해 연약 지반에 압송할 수 있도록 펌프로 구성된다.

상기 파워서플라이(500)는 로드케이블(200)의 말단에 노출된 전력선(210)과의 연결을 통해 전원을 공급하도록 형성된다.

상기 단말기(600)는 로드케이블(200)의 말단에 노출된 통신선(220)과의 연결을 통해 헤드(100)의 위치를 감시 및 조절부(130)를 제어하도록 형성된다.

즉, 상기 단말기(600)는 착공 전 구조물(10) 하부의 연약지반으로 헤드(100)와 로드케이블(200)이 착공 가능한 경로를 설정하여 저장하고, 착공시에는 상기 헤드(100)에 설치된 감지부(120)를 통해 설정된 경로를 따라 착공이 이루어지는지 실시간으로 감시하면서 상기 조절부(130)를 제어하여 설정된 경로를 따라 착공이 이루어지는 것이다.

한편, 이와 같은 구성의 본 발명은 헤드(100)의 비트부(110)로부터 전방으로 공기 또는 물을 강압 분사하기 위한 노즐부(150), 로드케이블(200)을 통해 공기 또는 물을 공급하기 위한 제2공급관(240) 및 상기 로드케이블(200)의 말단을 통해 공기 또는 물을 압송하기 위한 압축기(700)로 구성된다.

즉, 이와 같은 구성은 상기 헤드(100)의 비트부(110)가 회전 또는 진동에 의해 지반을 착공하는 동안 노즐부(150)를 통해 물이나 공기를 분사함으로써, 착공의 효율을 더욱 높이기 위한 구성이다.

이때, 상기 제2공급관(240)은 제1공급관(230)과 함께 로드케이블(200)의 중심에 설치될 수 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 보강장치를 이용하여 구조물 하부 연약지반을 보강하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 구조물(10) 옆에서 하부의 연약지반까지 착공을 위한 사선 경로, 곡선 경로 및 수평 경로를 설정하고 단말기(600)에 입력한다.

이때, 상기 각 경로는 구조물(10) 하부의 시설물(10a)을 검토하고, 지반 내부의 암석 등을 검토하여 최선의 경로를 설정하는 것이다.

이어, 도 6에 도시된 바와 같이, 구조물(10) 옆의 지상에 압송머신(300)을 고정 설치한 상태에서 헤드(100)와 로드케이블(200)을 압송시키면서 설정된 사선 경로를 따라 착공한다.

이때, 지상 표면의 굳기는 연약지반에 비하여 단단하기 때문에 필요에 따라 일정 깊이로 표면을 걷어낸 상태에서 헤드(100)의 비트부(110)를 이용한 착공이 이루어지도록 할 수 있다.

다음은, 도 7에 도시된 바와 같이, 헤드(100)의 감지부(120)에 의한 자세 감지와 함께 조절부(130)를 이용하여 비트부(110)의 각도를 조절하면서 설정된 일정 반경의 곡선 경로를 따라 착공한다.

이때, 곡선 경로는 로드케이블(200)이 휘어질 수 있는 곡률 범위 내에서 설정되어야 한다.

물론, 이 과정과 다음 과정에서 압송머신(300)은 계속해서 로드케이블(200)을 압송하는 작용이 이루어진다.

다음은 도 8에 도시된 바와 같이, 헤드(100)의 감지부(120)에 의한 자세 감지와 함께 조절부(130)를 이용하여 비트부(110)의 각도를 조절하면서 설정된 수평 경로를 따라 착공한다.

이와 같은 수평 경로의 착공은 구조물(10) 하부의 면적에 비하여 넓은 폭으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

마지막으로 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 수평 경로의 착공이 완료된 후 그라우트탱크(400)를 작동시킴으로써 헤드(100)의 공급부(140)를 통해 연약지반에 그라우트(20)를 주입하되, 상기 압송머신(300)을 작동시켜 헤드(100)를 수평 경로 상에서 일정간격씩 후퇴시키면서 그라우트(20) 주입을 반복한다.

따라서 이와 같은 과정에 의하면 도면에 도시된 바와 같이, 연약지반에 일정간격으로 연속되는 그라우트(20) 구근이 형성되는 것은 물론이고, 그라우트(20)가 연약지반의 균열된 틈으로 침투하면서 안정적인 보강이 이루어지는 것이다.

물론, 각 착공 과정에서는 파워서플라이(500)를 작동시켜 헤드(100)의 비트부(110) 및 조절부(130)에 지속적으로 전원을 공급하여야 한다.

본 발명의 보강장치를 이용하여 구조물 하부 연약지반을 보강하는 제2 실시 예의 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 구조물(10) 옆에서 하부의 연약지반까지 사선 경로, 곡선 경로 및 수평 경로를 설정하고 단말기(600)에 입력한다.

이어, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 구조물(10) 옆의 지상에 별도의 천공기(800)를 설치하고 상기 지상으로부터 구조물(10) 하부의 연약지반을 향해 설정된 사선 경로를 따라 선행 착공한다.

즉, 상기 구조물(10) 옆에서 연약지반까지 사선 방향에 있는 지반은 연약지반에 비하여 굳기가 단단하고, 각종 암석 등이 존재할 수 있기 때문에 이 사선 경로의 착공은 헤드(100)에 의하지 않고 별도의 천공기(800)를 이용하여 선행 착공이 이루어지도록 하는 것이다.

따라서 단단한 지표면을 헤드(100)의 비트부(110)로 착공하기 위한 많은 어려움은 물론이고 단단한 지표면의 착공에 따른 많은 시간과 노력을 크게 절감할 수 있는 것이다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 천공기(800)를 이용한 착공 완료 후 또는 착공과 동시에 상기 착공 내부에 상기 헤드(100)와 로드케이블(200)을 인입하기 위한 강관(900)을 근입한다.

이와 같이 강관(900)을 근입함에 따라 사선 경로 상에 형성된 착공이 막히는 것을 방지함으로써 헤드(100)와 로드케이블(200)의 인입이 편리해진다. 이와 같이 근입된 강관(900)은 작업의 완료 후에 제거하는 것이 바람직하다.

다음은 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 선행 착공 완료한 후 사선 경로의 착공을 통해 상기 헤드(100)와 로드케이블(200)을 인입한다.

다음은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 헤드(100)의 감지부(120)에 의한 자세 감지와 함께 조절부(130)를 이용하여 비트부(110)의 각도를 조절하면서 설정된 일정 반경의 곡선 경로를 따라 착공한다.

이때, 상기 곡선 경로는 로드케이블(200)이 휘어질 수 있는 곡률 범위 내에서 설정되어야 한다.

물론, 이 과정과 다음 과정에서 상기 압송머신(300)은 계속해서 로드케이블(200)을 압송하는 작용이 이루어진다.

이와 같은 수평 경로의 착공은 구조물(10) 하부의 면적에 비하여 넓은 폭으로 이루어지는 것이 바람직하다.

마지막으로 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 수평 경로의 착공이 완료된 후 상기 그라우트탱크(400)를 작동시킴으로써 상기 헤드(100)의 공급부(140)를 통해 연약지반에 그라우트(20)를 주입하되, 상기 압송머신(300)을 작동시켜 헤드(100)를 수평 경로 상에서 일정간격씩 후퇴시키면서 그라우트(20) 주입을 반복한다.

따라서 이와 같은 과정에 의하면, 도면에 도시된 바와 같이, 연약지반에 일정간격으로 연속되는 그라우트(20) 구근이 형성되는 것은 물론이고, 그라우트(20)가 연약지반의 균열된 틈으로 침투하면서 안정적인 보강이 이루어지는 것이다.

따라서 이와 같은 본 발명의 구성과 방법에 의하면 구조물(10)의 운용 중단이나 구조물(10) 옆에 공동을 형성할 필요없이 그라우트(20)를 이용하여 구조물(10) 하부의 연약지반을 보강함으로써 작업의 용이성과 편리성 및 경제성이 더욱 향상되는 것이다.

또한, 이와 같은 본 발명의 구성과 방법에 의하면 작업의 신뢰성이 향상되는 것은 물론이고 구조물(10) 하부의 지하 시설물(10a)에 대한 안전성이 보장될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 기재한 바람직한 실시예는 예시적인 것으로서 한정적인 것은 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 나타나 있고, 그들 특허청구범위의 의미중에 들어가는 모든 변형예는 본 발명에 포함되는 것이다.

10: 구조물 10a: 시설물
20: 그라우트
100: 헤드 110: 비트부
110a: 선단비트 110b: 확관비트
120: 감지부 130: 조절부
140: 공급부 150: 노즐부
200: 로드케이블 210: 전력선
220: 통신선 230: 제1공급관
240: 제2공급관 300: 압송머신
400: 그라우트탱크 500: 파워서플라이
600: 단말기 700: 압축기
800: 천공기 900: 강관

Claims

지반을 천공하기 위한 비트부(110)와 기울기 자세 및 진행방향을 감지하는 감지부(120)와 상기 비트의 설치 각도를 조절하기 위한 조절부(130)와 그라우트(20)가 공급되는 공급부(140)가 형성됨과 동시에 원통형상으로 형성된 헤드(100); 상기 헤드(100)의 후단에 연결되어 천공시 헤드(100)를 밀어주면서 헤드(100)의 자세 변경시 일정곡률 범위 내에서 휘어지도록 하는 한편, 내부에는 상기 헤드(100)에 전원을 공급하기 위한 전력선(210)과 정보의 송수신을 위한 통신선(220)과 상기 그라우트(20)를 주입하기 위한 제1공급관(230)이 형성된 로드케이블(200); 상기 로드케이블(200)을 압송 또는 회수하도록 형성된 압송머신(300); 상기 로드케이블(200)의 말단에 노출된 제1공급관(230)과 연결되어 상기 그라우트(20)를 교반하면서 주입하도록 형성된 그라우트탱크(400); 상기 로드케이블(200)의 말단에 노출된 전력선(210)과의 연결을 통해 전원을 공급하도록 형성된 파워서플라이(500); 상기 로드케이블(200)의 말단에 노출된 통신선(220)과의 연결을 통해 헤드(100)의 위치를 감시 및 조절부(130)를 제어하도록 형성된 단말기(600)로 구성되고, 상기 헤드(100)의 비트로부터 전방으로 공기 또는 물을 강압 분사하기 위한 노즐부(150); 상기 로드케이블(200)을 통해 상기 공기 또는 물을 공급하기 위한 제2공급관(240); 및 상기 로드케이블(200)의 말단을 통해 공기 또는 물을 압송하기 위한 압축기(700)로 구성되며, 상기 비트는 상기 헤드(100)의 단면적 이하의 직경으로 착공하는 선단비트(110a)와 상기 헤드(100)의 단면적 이상의 직경으로 착공하는 확관비트(110b)로 구성되고, 상기 감지부(120)는 헤드(100)의 기울기와 좌우 진행방향을 감지하고, 통신선(220)을 통해 단말기(600)로 정보를 전달하도록 구성되며, 상기 조절부(130)는 비트의 후단에 연결되는 적어도 3개의 유압 또는 공압 실린더(131)로 이루어짐을 특징으로 하는 구조물 하부 연약지반 보강장치.
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지반을 천공하기 위한 비트부(110)와 기울기 자세 및 진행방향을 감지하는 감지부(120)와 상기 비트의 설치 각도를 조절하기 위한 조절부(130)와 그라우트(20)가 공급되는 공급부(140)가 형성됨과 동시에 원통형상으로 형성된 헤드(100); 상기 헤드(100)의 후단에 연결되어 천공시 헤드(100)를 밀어주면서 헤드(100)의 자세 변경시 일정곡률 범위 내에서 휘어지도록 하는 한편, 내부에는 상기 헤드(100)에 전원을 공급하기 위한 전력선(210)과 정보의 송수신을 위한 통신선(220)과 상기 그라우트(20)를 주입하기 위한 제1공급관(230)이 형성된 로드케이블(200); 상기 로드케이블(200)을 압송 또는 회수하도록 형성된 압송머신(300); 상기 로드케이블(200)의 말단에 노출된 제1공급관(230)과 연결되어 상기 그라우트(20)를 교반하면서 주입하도록 형성된 그라우트탱크(400); 상기 로드케이블(200)의 말단에 노출된 전력선(210)과의 연결을 통해 전원을 공급하도록 형성된 파워서플라이(500); 상기 로드케이블(200)의 말단에 노출된 통신선(220)과의 연결을 통해 헤드(100)의 위치를 감시 및 조절부(130)를 제어하도록 형성된 단말기(600)로 구성되고, 상기 헤드(100)의 비트로부터 전방으로 공기 또는 물을 강압 분사하기 위한 노즐부(150); 상기 로드케이블(200)을 통해 상기 공기 또는 물을 공급하기 위한 제2공급관(240); 및 상기 로드케이블(200)의 말단을 통해 공기 또는 물을 압송하기 위한 압축기(700)로 구성되며, 상기 비트는 상기 헤드(100)의 단면적 이하의 직경으로 착공하는 선단비트(110a)와 상기 헤드(100)의 단면적 이상의 직경으로 착공하는 확관비트(110b)로 구성되고, 상기 감지부(120)는 헤드(100)의 기울기와 좌우 진행방향을 감지하고, 통신선(220)을 통해 단말기(600)로 정보를 전달하도록 구성되며, 상기 조절부(130)는 비트의 후단에 연결되는 적어도 3개의 유압 또는 공압 실린더(131)로 이루어진 구조물 하부 연약지반 보강장치를 이용한 구조물 하부 연약지반 보강방법으로서,
구조물(10) 옆에서 하부의 연약지반까지 착공을 위한 사선 경로, 곡선 경로 및 수평 경로를 설정하고 단말기(600)에 입력하는 단계;
상기 구조물(10) 옆의 지상에 압송머신(300)을 고정 설치한 상태에서 상기 헤드(100)와 로드케이블(200)을 압송하여 전진시키면서 설정된 사선 경로를 따라 착공하는 단계;
상기 헤드(100)의 감지부(120)에 의한 자세 감지와 함께 조절부(130)를 이용하여 헤드(100)의 각도를 조절하면서 설정된 일정 반경의 곡선 경로를 따라 착공하는 단계;
상기 헤드(100)의 감지부(120)에 의한 자세 감지와 함께 조절부(130)를 이용하여 헤드(100)의 각도를 조절하면서 설정된 수평 경로를 따라 착공하는 단계;
상기 수평 경로의 착공이 완료된 후 상기 그라우트탱크(400)를 작동시킴으로써 상기 헤드(100)의 공급부(140)를 통해 연약지반에 그라우트(20)를 주입하되, 상기 압송머신(300)을 작동시켜 헤드(100)를 수평 경로 상에서 일정간격씩 후퇴시키면서 그라우트(20) 주입을 반복하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 구조물 하부 연약지반 보강방법.
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